以广义Redlich-Kwong气体为工质的不可逆回热式斯特林热机循环输出功率和效率

研究了热阻、回热损失和热漏等多种不可逆因素对以广义Redlich-Kwong气体为工质的斯特林热机性能的影响,给出了斯特林热机输出功率和效率的具体表达式并分析非理想回热特性及循环主要性能参数(如循环体积比及工质高低温比等)对循环输出功率和效率的影响.同时指出,只有在理想回热及无热漏的情况下,气体斯特林热机的效率才能达到卡诺效率.     

斯特林制冷机采用不同工质应用于冰箱温区的性能研究

基于斯特林冷循环应用于冰箱制冷的优点,对应用于冰箱领域的斯特林制冷机采用氦气、氢气、空气三种不同工质在相应工况下的性能进行了理论分析和实验研究.研究结果表明,斯特林制冷机实际运行过程中要比理想模型复杂得多,且在冰箱制冷温区(-80℃以上),氢气是最佳的选用工质,其次是氦气,空气性能较差.     

气体工质对气液热声发动机性能的影响

本文针对一台气液耦合振动热声发动机,以1．5kg的水作为液柱,以氮气、氦气、氩气和二氧化碳分别作为气体工质,在2．0MPa平均工作压力下,实验对比了不同气体工质对谐振频率、压力振幅和板叠热端温度等系统性能参数的影响。实验结果表明,在相同加热功率下,采用氩气的系统获得的压力振幅最大;而在相同板叠热端温度下,以二氧化碳为气...     

高频热声斯特林发动机的实验研究

高频热声斯特林发动机具有体积小,热效率高和无机械运动部件等特点,是驱动脉冲管制冷机等回热式制冷机的理想的压力波发生器.本文设计并研制了一高频热声斯特林发动机系统,实验研究了系统布置方位和工作介质对发动机性能的影响.实验结果发现布置方位对起振温度的影响较大,对稳定振荡的波动压力振幅和加热温度影响较小.采用氦气、氮气、氩气和二氧化碳作为工质,工作频率分别是314 Hz、108 Hz、98 Hz和76 Hz时,其压比分别达到了1.17、1.23、1.22和1.24.     

行波热声发动机声功输出特性研究

行波热声发动机具有效率高、可靠性好及环保等优点.本文分别以氮气和氦气为工质研究了行波热声发动机的声功输出特性.在平均压力为3.0MPa,输入功率为3000W时,氮气为工质获得最大492.3W输出声功,氦气为工质获得最大691.3W的声功.此外还针对两种不同锥度的锥形谐振管发动机的声功输出特性进行了对比研究.研究表明:设计合理的谐振管一方面能够有效降低加热温度,有利于利用低品位热源;另一方面还能有效地降低损失,在相同的加热量下具有更高的压比、更大的输出声功及效率.     

以氦冷高温堆作为热源的氦气/氨水复合循环的热力学分析

一、前言 用氦气作为冷却剂和循环工质的HTGR氦气轮机循环具有很大的优越性:其热效率高,出力大、核热可得到较充分的利用。卡林那循环是80年代提出的一种新型循环,与朗肯循环相比,具有较高的效率和较好的热传递性。如果将它跟顶部氦气轮机循环相匹配构成氦气/氨水的复合循环,将大大提高循环系统的热效率并增加HTGR核电站的出力。     

斯特林发动机换热器系统内工质的压力传递变化特性研究

斯特林发动机由于其外部加热特性适合用于分布式供能系统而正在得到越来越多的重视。斯特林机运转时,其内部工质的压力传递变化特性决定了输出机械功率的大小。本文首先采用施密特分析法对自主研制的某型斯特林机在预充氦气压力为2 MPa的工况下计算其压力的周期性变化情况,然后在同样的工况下用实验测试的方法研究工质在换热器系统内的压力传递变化特性。最后比较理论计算值与实验测试值得出,施密特分析法可以反映出斯特林机换热器系统内工质压力的真实变化情况,且叠网式的回热器结构是造成换热器系统内压力损失的主要因素之一。     

热声斯特林发电系统的实验研究

本文介绍了一台由热声斯特林发动机及其驱动的直线发电机组成的热声斯特林发电系统原理样机.一方面为满足发电机与发动机间体积流率和相位的匹配要求,另一方面为了能在直线发电机活塞处获得较好的压力波与体积流率间相位关系、提高直线发电机的电功输出能力,装置保留了发动机原有的锥形谐振管.初步实验以氦气为工质,在2.5MPa平均压力、64Hz工作频率下,获得了97W的电功.本文还分析了该热声发电系统的效率,得出直线发电机声电转换效率超过了0.8.然而由于谐振管耗散了大量的声功,目前整机的热电转换效率还较低.     

斯特林机加热管交变流动强化传热模拟研究

本文以氦气为工质,对斯特林机加热管内流体的变物性、可压缩、瞬态交变流动的换热规律进行了数值模拟.结果表明,流体在二头螺旋波纹管内产生纵向旋流涡,吸热量明显大于光管。从回热器端进入的575 K的工质流经壁温1000 K的两种加热管后,强化管比光管温升高160 K.采用两种PEC计算方法评价了螺纹波纹管的综合强化换热能力:单个周期瞬态PEC取平均值方法获得平均PEC值为1.69;周期内参数平均值计算PEC为1.38。由于膨胀腔、压缩腔内压力是MPa级变化,加热器中由于使用强化管导致的百帕级压降代价很小,却获得了加热器出口上百度的温升,使发动机的效率提高。     

二氧化碳跨临界循环带膨胀机热泵系统的实验研究

虽然二氧化碳跨临界循环成为最具潜力的工质替代技术,但其循环节流损大,循环效率还是比常规工质循环低,因此研制高效率的二氧化碳跨临界循环系统是推动实际应用的关键问题。在文中给出了二氧化碳膨胀机的设计思路,同时对提高效率的两个措施、采用回热器和膨胀机进行实验的对比。通过实验表明,膨胀机的运行效率与膨胀机的转速有关,而且系统的运行也受到其影响。系统采用膨胀机的运行效率高于带回热器的系统效率,说明膨胀机起到节能的作用。     

线性唯象传热定律下斯特林机多目标优化

本文对斯特林发动机进行了有限时间热力学分析,在线性唯象传热定律的基础上,考虑了热源与工质换热的有限性、回热不完全性以及冷热源间存在的热漏等不可逆因素,继而得到了该模型的效率、功率以及生态学性能函数。考虑到三个优化指标不可能同时达到各自的最优值,故采用多目标遗传算法对其进行三目标同时优化,并用TOPSIS法进行决策并将最终的结果与单目标优化进行了对比。     

量子简并性对气体斯特林制冷循环性能的影响

基于理想量子气体的状态方程，分析了量子气体斯特林制冷循环中的回热特征，推导出循环的制冷系数一般表达式.获得了在强简并和弱简并条件下循环的制冷系数，对全面理解气体斯特林制冷机的性能有所帮助. 关键词： 量子简并性 斯特林制冷循环     

百瓦级气体轴承斯特林发电机研究北大核心

气体轴承斯特林发电机具有效率高、寿命长、体积小和重量轻等优点。为满足空间电源对效率及重量的苛刻要求,本设计斯特林发电机采用气体轴承支撑消除活塞磨损,并采用动磁式直线发电机、高效回热器等技术。通过建立等温模型和参数修正,对斯特林发动机进行参数设计。搭建气体轴承斯特林发电机实验台,在热端温度350℃、20℃水冷散热工况下,得到38.6W电功率输出,整机效率11%。其成功研制可为我国未来空间探测用电源的研制奠定基础。     

带预冷的4K斯特林型脉管制冷机设计

本文提出了采用两级G-M型脉管制冷机预冷一台单级斯特林型脉管制冷机来研究液氦温区斯特林型脉管制冷机性能的实验方案.基于回热器数值模拟软件REGEN3.3,重点研究了液氦温区回热器长度、回热器填料、气体工质对回热器效率的影响.采用低温惯性管作为斯特林型脉管制冷机调相装置,在小声功系统中实现了理想相位关系的调节,有效提高小型斯特林型脉管制冷机的效率.     

百瓦级气体轴承斯特林发电机研究

气体轴承斯特林发电机具有效率高、寿命长、体积小和重量轻等优点。为满足空间电源对效率及重量的苛刻要求,本设计斯特林发电机采用气体轴承支撑消除活塞磨损,并采用动磁式直线发电机、高效回热器等技术。通过建立等温模型和参数修正,对斯特林发动机进行参数设计。搭建气体轴承斯特林发电机实验台,在热端温度350℃、20℃水冷散热工况下,得到38.6W电功率输出,整机效率11%。其成功研制可为我国未来空间探测用电源的研制奠定基础。     

微空心阴极放电推力器性能研究

微空心阴极放电推力器是一种新颖的电热式微推力器,利用纳卫星提供的1~10 W的功率可提高微推进装置的性能。为了预示该推力器的性能,结合实验中测量的气体温度值和火箭发动机原理,初步计算得出微放电推力器的推力范围为几十至上千μN,以氩气为工质比冲量级为600~1 000 N.s/kg,以氦气为工质比冲量级为3 000 N.s/kg。研究结果表明,微空心阴极放电较小的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合,可以开发应用在电热式微放电推进中,作为微小卫星,尤其是纳卫星和皮卫星的动力系统。     

关于密封性对斯特林热机性能影响的研究

针对斯特林热机在等温膨胀过程中存在的工质外漏现象,提出了存在密封性问题的内卡诺循环模型。然后通过有限时间热力学理论和热力学理论对模型进行分析,发现了循环效率与输出功率与密封性的关系。最后利用该关系探讨了影响斯特林热机性能参数的因素,并得到了密封性等对性能影响的4个主要结论,对斯特林热机的研发与优化设计具有一定的理论指导意义。     

太阳能斯特林机用新型吸热器的设计与模拟

本文给出了一种太阳能斯特林机用的新型吸热器的结构设计,工作原理,以及在特定边界条件下的数值模拟结果。该吸热器整体上为腔式结构,其内部开有U形的气体加热通道,其顶盖部分设计有把进出吸热器的氦气进行分流及汇集的通道。该吸热器在受光照加热的区域呈完全周向对称结构。数值模拟及对比的结果表明,该吸热器在工作时周向壁面的温度场分布较均匀,整体温差低,出口处工质的温度较高。该吸热器具有较好的加热效果。     

自由活塞斯特林发动机活塞位移测量

自由活塞斯特林发动机活塞往复振动位移对研究发动机特性具有重要意义,然而该类发动机活塞位于高压封闭腔体内且结构较为紧凑,其活塞往复振动位移难于直接进行测量。加速度传感器具有尺寸小、安装方便和工作稳定等特点,提出了采用加速度传感器测量活塞位移的方法。根据加速度传感器测量位移的原理,建立了一套加速度传感器测量自由活塞斯特林发动机活塞位移的标定试验系统,以位移传感器为基准测试并分析了不同活塞振幅和不同振动频率下加速度传感器测量位移的误差大小。实验结果表明,在活塞振幅小于8 mm,振动频率大于20 Hz条件下,加速度传感器测量位移的误差小于5%。因此加速度传感器可以用于测量自由活塞斯特林发动机的活塞往复运动位移。最后成功把加速度传感器测量的自由活塞斯特林发动机活塞振动位移用于发动机循环指示功的实验研究。     

气体轴承斯特林制冷机研究进展

气体轴承斯特林制冷机是相同制冷量下体积最小、重量最轻、效率最高和可靠性最高的制冷机。为了满足高温超导器件等电子器件对斯特林制冷机需求,开展了10W@77K气体轴承斯特林制冷机的性能和环境适应性研究。在此基础上,设计制作了-100~-20℃温区、5W@77K和15W@77K气体轴承斯特林制冷机样机并进行了测试。10W@77K制冷机在输入功率为166.1W时达到10.55W@77K(热端温度30℃),制冷系数达到6.35%,通过了高低温贮存、高低温冲击、高低温工作以及机械振动、机械冲击等环境适应性实验。-100~-20℃温区制冷机在150W输入功率下获得38W@-80℃的制冷量,制冷系数为25.3%。15W@77K制冷机在输入功率为260W时获得了15.6W@77K的制冷量(热端温度35℃),制冷系数为6%。5W@77K制冷机在输入功率为90W时获得了5.1W@77K的制冷量(热端温度35℃),制冷系数为5.67%。该系列气体轴承斯特林制冷机的良好性能和环境适应性使得其可广泛应用于超导接收前端、斯特林低温冰箱和小型液氮系统等场合。